Hvaða svartholsmynd segir okkur

Þegar vísindamenn „mynduðu“ ósýnilegt svarthol: myndin fangar svæðið umhverfis það, myndað úr gögnum sem safnað er með sjónauka, og gefur vettvang til að skilja svarthol betur.

Fyrsta myndin af svartholi. Tekið af Event Horizon Telescope verkefninu. (Myndheimild: National Science Foundation)

Svarthol eiga að vera dimmustu svæði alls alheimsins. Og samt, þegar vísindamenn tilkynntu í síðustu viku að þeim hefði í fyrsta sinn tekist að ná mynd af svartholi, var myndin sem þeir afhjúpuðu allt annað en dökk. Það virtist skær appelsínugult og kleinuhringjalaga í því sem varð ein af útbreiddustu myndunum á síðustu viku. Þegar ljós kemst ekki út úr svartholi, hvernig náðist myndin og hvað gerir afrekið mikilvægt?

Það sem myndin sýnir

Aðalviðfangsefni myndarinnar, svarthol í 55 milljón ljósára fjarlægð frá jörðinni, í miðju vetrarbrautar sem heitir Messier 87, var bundið við litla og dökka miðkjarna kleinuhringjaformsins á myndinni, aðeins auðþekkjanlegur vegna bjarta umhverfið sem það var lokað innan. Þetta var eina leiðin sem hægt var að mynda svarthol — með því að fanga allt svæðið umhverfis það. Svartholið sjálft gefur ekki frá sér eða gefur frá sér ljós, eða neinar aðrar rafsegulbylgjur sem hægt er að greina með tækjum sem smíðað eru af mönnum. En svæðið rétt fyrir utan mörk svartholsins - nefnt atburðarsjóndeildarhringur - sem hefur mikið magn af gasi, skýjum og plasma sem þyrlast kröftuglega, gefur frá sér alls kyns geislun, þar á meðal jafnvel sýnilegt ljós.

Útskýrt: Hér er svarthol og hvers vegna ekkert var myndað áður

Það var heldur ekki auðvelt að mynda svartholið að utan. Svartholið sem um ræðir var 1,5 ljósdagar í þvermál eða um 40 milljarða kílómetra. Hringurinn fyrir utan svarthol hefur venjulega 4 til 5 sinnum meiri víðáttu. En hin mjög mikla fjarlægð frá jörðu þýddi að það var líkamlega ekki mögulegt að taka upp allt betra en mynd í punktstærð með tiltækum tækjum. Vísindamenn höfðu reiknað út að mynd með meiri upplausn, eins og sú sem þeir loksins gátu náð, þyrfti sjónauka sem var jafn stórt og jörðin sjálf.

Hvers vegna það skiptir máli

Vísindamenn hafa notað tölvuhermamyndir af svartholum í nokkur ár til að rannsaka þessi svæði. Í fyrsta skipti hafa þeir raunverulega mynd. Þó að þær virðast nokkuð svipaðar munu vísindamenn nú byrja að skoða raunverulegu myndina vel til að sjá hvort hún sé frábrugðin tölvuhermum myndum í smáatriðum og hvort þessi munur gæti skýrst með tækjabúnaði, athugunum eða öðrum villum. Þetta getur prófað núverandi kenningar um alheiminn og leitt til betri skilnings á svartholum og eðli alheimsins sjálfs.

Að velja svartholið

Það var valkostur við að mynda svartholið í M87 vetrarbrautinni — að reyna að mynda svarthol sem var miklu nær. Það eru þúsundir, hugsanlega milljónir, af svartholum miklu nær jörðinni, en ekki er hægt að mynda hvert svarthol. Vísindamenn voru að leita að tiltekinni stærð svarthols, nógu stórt til að hægt væri að fanga það með tækjum sem til eru á jörðinni. Svartholið í M87 vetrarbrautinni er um 6 milljarða sinnum stærra en sólin og eitt það stærsta sem vitað er um. Það er ekkert svarthol af sambærilegri stærð nær jörðinni.

Lesa | Myndin af atburðarsjóndeildarhring Svarthols var möguleg með vinnu þessa MIT-nema

Það var engu að síður frambjóðandi í vetrarbrautinni okkar. Bogmaðurinn A* svarthol, í miðju Vetrarbrautarinnar, er um 4,3 milljón sinnum stærri en sólin og í aðeins 25.000 ljósára fjarlægð frá jörðinni. Hún er um það bil 2.000 sinnum nær jörðinni miðað við þann í M87 vetrarbrautinni, en einnig um 1.500 sinnum minni. Í mælikvarða buðu svörtholin tvö því svipuð tækifæri til að láta mynda sig.

Að setja upp sjónaukann

Sjónauki á stærð við jörð var ekki eitthvað sem hægt var að gera aðgengilegt. Svo, vísindamenn þurftu að finna upp sniðugar nýjar aðferðir til að yfirstíga takmarkanir tækja sinna. Þeir ákváðu að nota átta af stærstu og fullkomnustu útvarpssjónaukum í heimi og tengdu þá við tækni sem gæti látið þá virka eins og sýndarsjónauki á stærð við jörð. Sjónaukarnir tóku samtímis upptökur af geisluninni sem berast frá svartholssvæðinu. Hver sjónauka var búinn atómklukkum svo hægt væri að passa saman upptökur þeirra síðar með mikilli nákvæmni.

Lestu líka | Sjóndeildarhringur svarthols: Svona lítur hann út

Einstakir sjónaukar söfnuðu hver geisluninni sem kom frá svartholssvæðinu. En vegna stærðartakmarkana höfðu þeir allir aðeins mjög takmarkaðar upplýsingar um svartholið. Að passa saman gögnin sem hver þessara sjónauka skráði á nákvæmum tímapunktum gaf vísindamönnunum meiri upplýsingar, en ekkert var hægt að gera við því mikla magni upplýsinga sem ekki var hægt að fanga með þessum sjónaukum.

Byggja mynd úr gögnum

Það er hér sem vísindamenn notuðu hjálp ofurtölva til að endurskapa heildarmynd svartholsins með þeim takmörkuðu upplýsingum sem sjónaukarnir höfðu náð. Það er ekki óvenjulegt að endurbyggja heilar myndir með takmörkuðum gögnum. Þjöppunaraðferðirnar sem við notum til að minnka stærð tónlistar-, mynda- eða myndbandsskráa á tölvum okkar virka á svipuðum nótum. Við hendum fullt af upplýsingum á meðan við minnkum stærðina, en tölvan getur samt endurskapað tónlistina eða myndbandið, þó með einhverju tapi á gæðum.

Auðvitað var áskorunin fyrir vísindamenn sem unnu að svartholsmyndinni flóknari en tæknin sem notuð var til að þjappa skrám. Þeir höfðu mikið magn af gögnum til að takast á við, en samt afar takmarkaðar upplýsingar sem fengust beint úr geisluninni. Það kom því ekki á óvart að þeir þurftu að skrifa algjörlega nýja reiknirit, með því að nota byltingarkennda nálgun, til að endurskapa myndina.

Fyrir vikið gæti mikill fjöldi pixla á þeirri mynd sem var sýnd heiminum hafa verið framleidd af tölvunni. En þeir voru búnir til með því að nota upplýsingarnar í punktunum sem voru afleiðing af beinni athugun á sjónaukunum, frekar en að vera framleidd úr stærðfræðilíkönum, eins og gerist í tölvuhermum myndum.

Það tók nokkrar af hröðustu ofurtölvum heims tvö ár að vinna úr gífurlegu magni gagna og endurskapa myndina af svartholinu í M87 vetrarbrautinni. Enn á eftir að gefa út ljósmynd af Bogmanninum A* svartholinu, greinilega vegna þess að myndin er ekki enn tilbúin.

Deildu Með Vinum Þínum: